Каким должно стать вычислительное устройство, чтобы оно поразило ваше воображение? Каким он будет - сверхновый процессор? Об этом я спрашивал всех авторов темы номера.
Профессор О. А. Волков (интервью с ним - на стр. 26) ответил так: «До сих пор мы интегрируем элементную базу… Мы научились делать микросхемы и с тех пор просто наращиваем количество интегрированных компонентов. Вот когда мы начнем интегрировать физические процессы, когда от локальных „деталюшек“ перейдем к распределенным функциям обработки информации, закодированной в переменных физических процессов… вот тогда - то, что получится в результате, наверняка будет поражать воображение».
Другой точки зрения придерживается Вадим Омельянчик, руководитель лаборатории, занимающейся перспективными алгоритмами обработки сигналов. Процессор будущего, говорит он, это не столько «невиданное железо», сколько «невиданный софт». Внешне прибор будет как сегодняшний, но процессы внутри все будут другими. Красивее и намного глубже.
Руководитель постоянно действующего изобретательского семинара А. А. Калиновский считает, что интегрированию физических явлений и процессов еще предстоит научиться. Он считает, что принципы конструирования инженерных систем из отдельных узлов (элементов) необходимо распространить на процессы создания физических систем, где роль «элементной базы» будут играть сотни и тысячи открытых учеными физических явлений и эффектов. Но чтобы это осуществить, потребуется глубокая перестройка сознания разработчиков, в частности отказ от понятий «узел» или «элемент» в пользу понятий «явление», «процесс».
Дмитрий Лежаков - специалист в области математического моделирования процессов аэро- и гидродинамики - подметил любопытную особенность технического прогресса: «Мы берем новый физический принцип и - р-раз! Видим, что наше устройство стало конструктивно проще. Там стало меньше деталей. Потом начинаются усовершенствования, доработки… Конструкция усложняется, опять становится много деталей… И в какой-то момент надо брать новый принцип, который вновь приведет к тому, что половину деталей можно будет выбросить без ущерба для функциональности.»
Еще один мой собеседник высказал следующую мысль: «Если бы мы вложили столько денег в разработку полупроводниковых технологий, сколько Intel, если бы наработали хотя бы десятую часть того ПО, которое сегодня обслуживает платформу РС… Короче говоря, нам было бы не до новых физических принципов - „отбить“ бы вложения. И буржуи в нас никаких особенных денег не вложили. Мы вообще свободны! Мы можем позволить себе рисковать и делать что-то новое. Хуже не будет! Куда ж хуже-то?!»
А название темы номера навеяли результаты исследований вычислительных возможностей материи окружающего мира, проведенных профессором Массачусетского технологического института Сетом Ллойдом (Seth Lloyd). Сверхновые звезды и черные дыры - оказывается, именно эти объекты являются самыми мощными «устройствами» обработки информации в нашей Вселенной. Исключая, конечно, саму Вселенную, которая, по Ллойду, Хокингу и др., тоже представляет собой могучий процессор[Подробнее см. во врезках к статье Олега Волкова иwww.xxx.lanl.gov/quant-ph/0110141 ]. И функционируют эти вычислители совсем иначе, нежели те, которые мы используем сегодня.
Оценка по физподготовке
Олег Андреевич Волков - доктор физ.-мат. наук, специалист в области физики полупроводников. Он согласился поделиться мыслями о перспективах и возможных направлениях прогресса вычислительной техники.
Нет ли у вас ощущения некоторого «застоя» в развитии вычислительных устройств? Налицо явная нехватка новых идей…
- Мы просто переживаем такой этап - этап освоения возможностей традиционной электроники, которые, с одной стороны, далеко не исчерпаны, а с другой - с успехом «закрывают» наши нынешние потребности в вычислениях. Вся современная компьютерная техника[Речь идет, конечно же, о цифровой технике] лишь продолжает «технологические традиции» абака и конторских счетов. Разница только в природе объектов, которые служат для представления единиц разрядов обрабатываемых чисел: в одном случае это камешек или деревянная «косточка», в другом - электрический заряд в полевом транзисторе.
Как вы считаете, сверхмощные процессоры завтрашнего дня появятся благодаря усилиям инженеров или ученых-физиков?
- Думаю, физиков. По крайней мере, на первых этапах разработки. Хотя сегодняшнее участие физической науки в прогрессе вычислительной техники можно оценить «на троечку». Тысячи физиков создают и совершенствуют элементную базу и технологические процессы производства электронных компонентов, но проблемами использования главного, фундаментального свойства материи - свойства непосредственно обрабатывать информацию, занимаются единицы.
Возможно также, что ученым не хватает инженерного прагматизма, а инженерам - «физической подготовки», знания фундаментальных принципов и базового математического инструментария современной физики. Кроме того, у них разное, если можно так выразиться, мировоззрение.
То есть инженер будет конструировать из предметов, а физик, обладающий, как вы говорите, «инженерным прагматизмом», - из процессов?
- Вот именно! И, кстати, любой процесс неизбежно сопровождается закономерным изменением связанной с ним информации (следовательно - ее обработкой!).
Еще в позапрошлом веке, когда в термодинамику было введено понятие энтропии, ученым стало ясно, что описание сложных физических систем лишь с позиций закона сохранения энергии не дает возможности понять их поведение в динамике[Первые серьезные трудности возникли еще в XIX веке при попытках решить известную задачу «трех тел». Физики тогда считали, что все динамические системы являются интегрируемыми. Этот термин, введенный Пуанкаре, означает принципиальную возможность исключить из описания системы взаимодействия между ее элементами (частицами, телами и т. п.). То есть система может быть описана гамильтонианом, зависящим только от импульсов. Было принято считать, что все динамические системы интегрируемы в смысле Пуанкаре, однако в 1889 году он доказал, что в общем случае невозможно найти преобразование, исключающее взаимодействия элементов системы, в которой их число больше двух! Иными словами, абсолютное большинство реальных физических систем принципиально неинтегрируемы и не поддаются анализу с позиций классической динамики] и требует привлечения каких-то новых понятий. Позднее была показана глубокая связь энтропии (считавшейся ранее лишь величиной, характеризующей способность физической системы производить работу) и количества информации, необходимой для описания движения["Движение" здесь нужно понимать максимально широко. Это не только механическое движение, но любое изменение параметров физической системы во времени или в пространстве] физической системы.
Информационная инженерия?..
- Если хотите. Зная, что физические процессы обрабатывают информацию, можно поставить вопрос о «конструировании» процессов, специально организованных для осуществления необходимых нам вычислений. Уже из самой постановки задачи ясно, что строить мы будем не обычный вычислитель с локально хранимыми «ноликами» и «единицами». Более того, мы вообще можем не привязываться к двоичной форме кодирования информации.
Не может быть, чтобы эти мысли не приходили в голову инженерам.